| 研究課題/領域番号 |
25252042
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
石黒 宗秀 北海道大学, 農学研究院, 教授 (00294439)
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| 研究分担者 |
柏木 淳一 北海道大学, 農学研究院, 講師 (40241369)
佐藤 努 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10313636)
小林 幹佳 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (20400179)
北川 巌 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農村工学研究部門, 上級研究員 (30462360)
鈴木 克拓 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 中央農業研究センター, 上級研究員 (90354068)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | カオリナイト / 分散凝集 / ゼータ電位 / ストロンチウム / 界面活性剤 / 吸着 / 浸透 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、カオリナイトを試料としてバッチ法により種々のpHと支持電解質濃度におけるリン酸イオン吸着量を測定した。電解質には塩化ナトリウムを用いた。入来カオリナイトへのリン酸吸着量は平衡リン酸濃度1mM以下の場合pH6で最大となり、pH4-6では支持電解質濃度が高い場合にリン酸吸着量が増加することを示した。次に、競合ラングミュア吸着式によって表される簡略化した表面錯体モデルによりその吸着特性を評価した。特徴的なリン酸吸着反応には、吸着面の電位の変化と、吸着部位であるアルミノール基や溶液中のリン酸イオンに生じるプロトン化・脱プロトン化反応が影響していることが、モデルおよび測定されたゼータ電位から考えられた。
カオリナイトを用いてリン酸吸着が粘土鉱物の分散凝集性に与える影響を測定し、その結果を理論計算値と比較した。DLVO理論による計算結果は、測定した安定度比とほぼ一致した。
pHおよびカチオン種を変えることにより、溶存炭素濃度と二酸化炭素放出量にどのような影響を及ぼすかを明らかにするため、黒ぼく土試料を用いて室内実験を行った。pHを初期調整しても、乾燥過程でpHが均質となり、溶存炭素濃度と二酸化炭素放出速度の間には、明瞭な関係が認められないことがわかった。
Srの土壌中における吸着移動を明らかにするため、カオリナイトへの吸着実験を行った。吸着等温線は、ラングミュア吸着等温線によく一致し、Srの主要吸着サイトが同質であることがわかった。Sr低濃度領域で、吸着量と平衡濃度の間に比例関係が成立することを示した。ラングミュア式から、Sr濃度の低い領域で、Srの平均移動距離を示す分配係数が、Srの最大吸着量と吸着エネルギーの強さを示す係数の積で表現できることを明らかにした。Sr低濃度領域では、水の浸透に対するSrの移動は非常に小さくなり、一定値となることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
カオリナイトへのリン酸吸着は、競合ラングミュア吸着式によって表される簡略化した表面錯体モデルを用いて計算できることを示した。カオリナイトの分散凝集機構を、理論計算を用いて評価できることを示した。カオリナイト中では、Sr濃度が低濃度になると、その分配係数は、Srの最大吸着量と吸着エネルギーの強さを示す係数の積で表現できることを明らかにした。また、Sr濃度がある値以下になると、水の浸透に対するSrの移動は非常に小さくなり、一定値となることを示した。
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| 今後の研究の推進方策 |
アロフェン、ゲータイト等の粘土鉱物へのリン酸の吸着現象を、表面錯体モデルを用いて表現できるようにする。リン酸がそれら粘土鉱物に吸着することで、分散凝集に及ぼす影響を、実験と理論から明らかにする。Srの吸着移動現象を、カオリナイト以外の粘土鉱物も用いて実験と理論から明らかにする。アニオン界面活性剤の、土壌中への吸着移動実験を行い、吸着のヒステレシス効果の有無を明らかにする。水田の窒素固定能力と土壌のカチオン吸着能力を利用して、窒素肥料を削減する農法を検討する。
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